<p>雖然人工智能繼續(xù)改變著醫(yī)療保健，但這項(xiàng)技術(shù)也有一個(gè)致命弱點(diǎn):訓(xùn)練人工智能系統(tǒng)執(zhí)行特定任務(wù)需要大量帶注釋的數(shù)據(jù)，而工程師有時(shí)沒(méi)有或無(wú)法獲得這些數(shù)據(jù)。在一個(gè)完美的世界里，研究人員將能夠在他們需要的時(shí)候以數(shù)字方式生成他們需要的確切數(shù)據(jù)，從而釋放人工智能的新功能。</p> <p>&nbsp;</p> <p>然而，在現(xiàn)實(shí)中，即使是用數(shù)字方式生成這些數(shù)據(jù)也很棘手，因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)世界的數(shù)據(jù)，尤其是在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，是復(fù)雜和多方面的。但解決方案正在醞釀之中。懷廷工程學(xué)院計(jì)算傳感與機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室的研究人員開(kāi)發(fā)了一款軟件，可以逼真地模擬開(kāi)發(fā)人工智能算法所需的數(shù)據(jù)，這些算法在外科手術(shù)中執(zhí)行重要任務(wù)，如x射線圖像分析。</p> <p>&nbsp;</p> <p>今天發(fā)表在《自然機(jī)器智能》雜志上的這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，用名為SyntheX的新系統(tǒng)構(gòu)建的算法在多個(gè)應(yīng)用中可以表現(xiàn)得和用真實(shí)數(shù)據(jù)構(gòu)建的算法一樣好，甚至更好，包括賦予機(jī)器人在手術(shù)過(guò)程中檢測(cè)手術(shù)器械的能力。</p> <p>&nbsp;</p> <p>博士生本杰明&middot;基林(Benjamin Killeen)正在研究一種名為SyntheX的算法構(gòu)建軟件</p> <p><br />圖片來(lái)源:威爾柯克/約翰霍普金斯大學(xué)</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;我們表明，生成真實(shí)的合成數(shù)據(jù)是開(kāi)發(fā)人工智能模型的可行資源，比收集真實(shí)的臨床數(shù)據(jù)要可行得多，而真實(shí)的臨床數(shù)據(jù)很難獲得，或者在某些情況下根本不存在。&rdquo;計(jì)算機(jī)科學(xué)助理教授、該論文的高級(jí)作者馬蒂亞斯&middot;昂伯拉斯(Mathias Unberath)說(shuō)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>以x射線引導(dǎo)手術(shù)為例。假設(shè)你想要開(kāi)發(fā)一種新的手術(shù)機(jī)器人和相關(guān)算法，使其能夠在手術(shù)過(guò)程中將器械放置在正確的位置。</p> <p>&nbsp;</p> <p>只有一個(gè)問(wèn)題:所需的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集&mdash;&mdash;在這種情況下，高度特定的x射線圖像&mdash;&mdash;不存在。</p> <p>&nbsp;</p> <p>答案嗎?研究人員說(shuō)，通過(guò)模擬生成所需的數(shù)據(jù)。在研究中，該團(tuán)隊(duì)開(kāi)始模擬x射線圖像，這些圖像將反映真實(shí)患者接受機(jī)器人輔助手術(shù)時(shí)拍攝的圖像。為了做到這一點(diǎn)，研究人員利用了復(fù)雜的計(jì)算機(jī)模擬的力量，類(lèi)似于流行的模擬視頻游戲《模擬人生》或《我的世界》。</p> <p>&nbsp;</p> <p>為了準(zhǔn)確評(píng)估基于模擬的人工智能算法與基于真實(shí)數(shù)據(jù)的算法相比有多好，研究人員進(jìn)行了一項(xiàng)史無(wú)前例的研究，他們?cè)诂F(xiàn)實(shí)和仿真平臺(tái)上創(chuàng)建了相同的x射線圖像數(shù)據(jù)集。</p> <p>&nbsp;</p> <p>首先，他們進(jìn)行了一系列真正的x光和CT掃描，這些掃描都是通過(guò)手術(shù)c臂x光系統(tǒng)從尸體上獲得的。接下來(lái)，他們生成了&ldquo;合成&rdquo;x射線圖像，精確地再現(xiàn)了真實(shí)世界的實(shí)驗(yàn)。然后，真實(shí)和模擬數(shù)據(jù)集都被用于開(kāi)發(fā)和訓(xùn)練新的人工智能算法，這些算法能夠?qū)φ鎸?shí)x射線圖像進(jìn)行有臨床意義的預(yù)測(cè):髖關(guān)節(jié)成像分析、機(jī)器人手術(shù)器械檢測(cè)和COVID診斷。當(dāng)一切都說(shuō)了，做了，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在模擬數(shù)據(jù)上訓(xùn)練的算法表現(xiàn)得和在真實(shí)數(shù)據(jù)上訓(xùn)練的算法一樣好。</p> <p>&nbsp;</p> <p>Unberath說(shuō):&ldquo;傳統(tǒng)上，在合成數(shù)據(jù)上訓(xùn)練的模型在真實(shí)的臨床數(shù)據(jù)上效果不佳，但SyntheX并非如此。&rdquo;&ldquo;我們證明，只使用模擬x射線訓(xùn)練的模型可以應(yīng)用于診所的真實(shí)x射線，而不會(huì)有任何性能損失。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>該團(tuán)隊(duì)說(shuō)，該系統(tǒng)似乎是第一個(gè)證明現(xiàn)實(shí)模擬對(duì)開(kāi)發(fā)x射線圖像分析模型既方便又有價(jià)值的系統(tǒng)之一，這為各種新型算法鋪平了道路。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;健康數(shù)據(jù)，尤其是手術(shù)數(shù)據(jù)，是一個(gè)挑戰(zhàn)，合成數(shù)據(jù)可以產(chǎn)生巨大的影響。與獲取真實(shí)的患者數(shù)據(jù)相比，生成大規(guī)模的模擬數(shù)據(jù)更加靈活、高效、便宜，并且避免了隱私問(wèn)題。&rdquo;該論文的主要作者高叢補(bǔ)充道。高叢曾是Unberath實(shí)驗(yàn)室的研究生，現(xiàn)在是Intuitive Surgical的圖像算法工程師。</p> <p>&nbsp;</p> <p>該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃使SyntheX成為數(shù)據(jù)模擬的開(kāi)源工具，這樣其他研究人員就可以獲得他們需要的數(shù)據(jù)集。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;如果你需要來(lái)自尸體或診所的真實(shí)數(shù)據(jù)，世界上只有很少幾所大學(xué)能做這項(xiàng)研究。我們的系統(tǒng)允許研究人員僅使用模擬和模擬數(shù)據(jù)就能開(kāi)發(fā)出有意義的算法，這意味著更多的人可以在這個(gè)領(lǐng)域做出有意義的貢獻(xiàn)和創(chuàng)新。&rdquo;Unberath說(shuō)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>其他合著者包括John C. Malone計(jì)算機(jī)科學(xué)教授Russell Taylor;機(jī)械工程研究教授Mehran Armand;羅伯特&middot;b&middot;格魯普，LCSR兼職研究科學(xué)家;計(jì)算機(jī)科學(xué)研究生胡益成和本杰明&middot;d&middot;基林。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學(xué)態(tài)度觀點(diǎn)。</p> </blockquote>